Recuperación mejorada de petróleo mediante concentración solar

La demanda de energía de un país está estrechamente relacionada con su producto interno bruto, con su capacidad industrial y con el estándar de vida alcanzado por sus habitantes. Es por ello que el petróleo, como fuente energética principal desde mediados del siglo XX, juega un papel estratégico en nuestra sociedad. La creciente demanda de este combustible fósil durante los últimos años, y las reservas limitadas de los crudos más económicos, están incrementando el interés de la industria en la extracción de crudos pesados. De entre todos los métodos disponibles para la extracción de crudos pesados, la inyección de vapor es el método más extendido. El incremento de la movilidad del crudo como resultado del efecto de la cámara de vapor en el interior del yacimiento, hace viable la explotación de crudos tradicionalmente poco rentables. La generación del vapor de inyección implica sin embargo un sobrecoste económico y medioambiental importante. Razón por la cual, la concentración solar, como fuente alternativa de energía para la generación de vapor de inyección, ha despertado el interés de la industria petrolera desde el nacimiento de la tecnología. Pese al temprano interés en la tecnología, su aplicación a proyectos reales ha sido limitada debido a los desafíos tecnológicos existentes. Uno de los más importantes es la diferencia entre la duración de la inyección de vapor en el yacimiento (alrededor de 7 años), y la vida útil del campo solar (hasta 25 años). Esta diferencia hace que en la mayoría de los casos, el campo solar únicamente puede aprovecharse durante una fracción reducida de su vida útil, lo que dificulta la viabilidad económica del proyecto. En esta tesis se detalla el diseño y la implementación real de un captador de concentración solar, que permite ser desmontado y transportado de manera económica al finalizar la fase de inyección de vapor. Permitiendo acompañar de esta forma la explotación secuencial de las zonas de inyección de un campo de petróleo. En el diseño de este captador transportable se compara de manera teórica, las posibles alternativas constructivas existentes para cada uno de los componentes principales. Las hipótesis que se asumen en el estudio teórico se comprueban y validan durante el proceso de implementación real del captador (a través de dos prototipos funcionales), y su ensayo en la Plataforma Solar de Almería. Consiguiendo medidas reales de los tiempos y costes de fabricación, montaje y transporte. Así como de la producción energética. Para validar la viabilidad económica del captador diseñado en proyectos de inyección de vapor, se desarrolla además un código de simulación para este tipo de aplicaciones. El código permite estimar la rentabilidad de un sistema solar para generación de vapor de inyección, utilizando tanto captadores convencionales como captadores transportables.The energy demand of a country is closely related to its gross domestic product, its industrial capacity, and the standard of living of its inhabitants. That is the reason oil, as the main energy source since the middle of the 20th century, plays a strategic role in our society. The growing demand for this fossil fuel in recent years, and the limited reserves of cheap oil, are increasing the interest of the industry in the extraction of heavy crudes. Among the methods available today for the extraction of heavy oil, steam injection is by far the most widespread. The increased mobility of the oil as a result of the effect of the steam chamber within the reservoir, makes the exploitation of traditionally unprofitable reservoirs, economically feasible. The generation of injection steam comes nevertheless with a significant economic and environmental burden. Consequently, solar concentration as an alternative source of energy for the steam generation, has attracted the interest of the oil industry since the birth of technology. Despite the early interest in the technology, its application in real projects has been limited due to existing technological challenges. One of the most important is the difference between the duration of the steam injection in the reservoir (around 7 years), and the lifetime of the solar field (up to 25 years). This difference means that in most cases, the solar field can only be used during a small fraction of its lifetime, which ultimately makes the project not feasible. This thesis details the design and real implementation of a solar concentrating collector, capable of being disassembled and transported at the end of the steam injection phase. Allowing the solar generation to follow the development of the different injection areas within the oil field. The theoretical design of the collector comprises a detailed comparison between different constructive alternatives for each of its main components. The design principles assumed during the development are verified and validated during the actual implementation of the collector (through two functional prototypes), and the test campaign carried out at Plataforma Solar de Almería. In which real data on manufacturing, assembly and transport costs, as well as energy production have been acquired. The potential of the collector for its application in steam injection projects has been assessed through theoretical simulations using a simulator developed in this thesis. The simulator allows reservoir and solar field calculations using conventional and transportable collectors